Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Погружной электродвигатель представляет собой ключевой элемент установки электроцентробежного насоса, обеспечивающий преобразование электрической энергии в механическую для привода лопастного насоса. ПЭД размещается непосредственно в стволе нефтедобывающей скважины, погруженным в пластовую жидкость на глубину от нескольких сотен до нескольких тысяч метров.
Конструктивно электродвигатель выполнен как асинхронная машина переменного тока с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения. При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуцирует токи в стержнях ротора, которые создают собственное магнитное поле. Взаимодействие полей статора и ротора генерирует вращающий момент, приводящий вал двигателя во вращение.
Скорость вращения ротора незначительно отстает от скорости вращения магнитного поля статора. При номинальной частоте питающей сети 50 Гц типовая частота вращения составляет 2910 оборотов в минуту с учетом скольжения порядка 6%. Число пар полюсов двигателя может варьироваться в зависимости от требуемой частоты вращения.
Погружные электродвигатели применяются исключительно для привода установок электроцентробежных насосов на высокодебитных скважинах с подачей более 50 кубических метров в сутки. При меньших дебитах коэффициент полезного действия системы значительно снижается, что делает применение УЭЦН нецелесообразным.
Статор представляет собой неподвижную часть двигателя, корпус которой изготовлен из специальной стальной трубы с резьбовыми соединениями на торцах. Внутри корпуса запрессован магнитопровод, собранный из тонколистовой электротехнической стали толщиной 0,5 миллиметра. Пакеты магнитопровода включают как магнитные, так и немагнитные жести для оптимизации магнитного потока.
В пазы магнитопровода уложена трехфазная обмотка, выполненная по схеме соединения звезда. Обмотка изготавливается из медного провода с изоляцией на основе полиимидно-фторопластовых пленок, обладающих высокой диэлектрической прочностью и температурной стойкостью до 200 градусов Цельсия. Перед укладкой обмотки в пазы устанавливаются изоляционные гильзы из специальных материалов.
Ротор представляет собой многосекционную конструкцию, состоящую из пакетов электротехнической стали, последовательно надетых на пустотелый вал. Пакеты ротора набраны из листов с размещенными в пазах медными стержнями, которые по торцам соединены сваркой с медными короткозамыкающими кольцами. Между секциями ротора установлены промежуточные радиальные подшипники скольжения.
Вал ротора изготавливается из высокопрочной стали марки АЦ28ХГНЗФТ с высокой точностью обработки. Центральный осевой канал диаметром от 7,1 до 8,2 миллиметра обеспечивает циркуляцию охлаждающего масла. Радиальные отверстия в валу служат для подачи масла к подшипникам скольжения. Типовые диаметры валов составляют 24,99, 29,99 и 34,99 миллиметра при длине до 8 метров.
Головка размещается в верхней части двигателя над статором и содержит узел упорного подшипника, воспринимающий осевые нагрузки от веса ротора и гидравлические нагрузки. Упорный подшипник состоит из пяты и подпятника. Пята выполнена из стали 20Х с последующей цементацией рабочей поверхности и термообработкой до твердости 57-63 единиц по шкале Роквелла.
Подпятник имеет сегментную конструкцию с шестью сегментами, между которыми подается масло в зону трения. В пяте предусмотрены два отверстия, выполняющие функцию турбинки для создания циркуляции масла внутри двигателя. Узел токоввода содержит электроизоляционную колодку с контактными гильзами, обеспечивающими соединение с выводами обмотки статора.
В основании, расположенном в нижней части электродвигателя, размещается масляный фильтр тонкой очистки и нижний радиальный подшипник для центрирования нижнего конца вала ротора. При использовании двухкорпусной гидрозащиты в основании дополнительно размещается перепускной клапан, обеспечивающий сообщение полости электродвигателя с компенсатором гидрозащиты.
После сборки электродвигатель подвергается стопроцентным испытаниям на специальных стендах с нагревом до рабочих температур. Обязательно проводится контроль сопротивления изоляции по индексу поляризации. Герметичность внутренней полости двигателя является критически важным параметром для обеспечения надежной работы.
Номенклатура погружных электродвигателей охватывает широкий диапазон мощностей от 12 до 750 киловатт в зависимости от габаритного исполнения. Двигатели габарита 96 миллиметров выпускаются мощностью от 16 до 70 киловатт. Наиболее распространенный габарит 103 миллиметра производится в диапазоне от 16 до 180 киловатт.
Для высокодебитных скважин применяются двигатели габарита 117 миллиметров мощностью от 12 до 350 киловатт, габарита 130 миллиметров от 22 до 400 киловатт. Наиболее мощные электродвигатели габарита 180 миллиметров обеспечивают мощность от 125 до 750 киловатт и применяются в системах поддержания пластового давления.
Согласно положениям ГОСТ Р 56624-2015, коэффициент полезного действия погружных электродвигателей определяется производителем на основании квалификационных испытаний новых двигателей. КПД современных асинхронных ПЭД при номинальной нагрузке составляет от 72 до 86 процентов в зависимости от мощности и конструктивного исполнения.
Теплостойкие исполнения электродвигателей демонстрируют несколько меньшие значения КПД порядка 70-84 процента из-за применения специальных изоляционных материалов и конструктивных особенностей. Вентильные электродвигатели с постоянными магнитами обеспечивают повышение энергоэффективности на 15 процентов по сравнению с асинхронными аналогами за счет исключения потерь на создание магнитного поля.
Напряжение питания погружных электродвигателей варьируется от 400 до 3000 вольт в зависимости от мощности и глубины подвески. Потребляемый ток находится в диапазоне от 10 до 100 ампер. Коэффициент мощности составляет 0,75-0,85 для асинхронных двигателей. Применение частотно-регулируемого привода позволяет оптимизировать энергопотребление в зависимости от текущих условий эксплуатации.
Маркировка класса энергоэффективности наносится на таблички электродвигателя и приводится в паспорте изделия. Наиболее энергоэффективные модели соответствуют повышенным классам по международным стандартам, что позволяет снизить эксплуатационные затраты на электроэнергию.
Внутренняя полость погружного электродвигателя полностью заполнена специальным маловязким маслом, выполняющим три критически важные функции. Первая функция состоит в охлаждении обмоток статора и активных элементов двигателя путем отвода тепла к стенкам корпуса, омываемого потоком скважинной жидкости. Вторая функция заключается в смазке подшипниковых узлов, обеспечивающей снижение механического износа. Третья функция масла состоит в электрической изоляции обмоток.
Применяемое масло должно обладать высокой диэлектрической прочностью, низкой вязкостью для обеспечения эффективной циркуляции и стабильными характеристиками в широком диапазоне температур. Напряжение пробоя изоляции охлаждающего масла составляет не менее 40 киловольт. Масло должно сохранять свои свойства при температурах до 135 градусов Цельсия в теплостойких исполнениях.
Циркуляция масла внутри двигателя осуществляется по замкнутому контуру благодаря пустотелой конструкции вала и наличию специальной турбинки в головке. Масло поднимается от основания через центральный осевой канал вала под действием центробежных сил, создаваемых турбинкой. В верхней части вала масло через радиальные отверстия подается к радиальным подшипникам для их смазки.
После смазки подшипников масло разбрасывается турбинкой в лобовой части статора, затем стекает вниз по зазору между статором и ротором шириной порядка 0,4 миллиметра. В процессе течения масло омывает активные части двигателя, отводя от них тепло. Через масляный фильтр в основании масло возвращается в нижнюю часть центрального канала вала, замыкая контур циркуляции.
Узел гидрозащиты предотвращает проникновение пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя и компенсирует температурное расширение масла. Гидрозащита состоит из протектора, герметизирующего вал и регулирующего давление, и компенсатора с эластичной диафрагмой. При нагреве двигателя расширяющееся масло перетекает в камеру компенсатора, растягивая диафрагму.
При остановке и охлаждении двигателя уменьшение объема масла приводит к втягиванию диафрагмы внутрь под действием гидростатического давления пластовой жидкости, что обеспечивает пополнение маслом полости двигателя. Таким образом поддерживается равенство давления масла внутри двигателя и давления окружающей среды в скважине, предотвращая деформацию корпуса.
Нарушение герметичности гидрозащиты приводит к проникновению пластовой жидкости внутрь электродвигателя, что вызывает пробой изоляции обмоток и выход двигателя из строя. Особенно уязвимой является эластичная диафрагма компенсатора при резком повышении температуры, например, в результате срыва подачи насоса.
Национальный стандарт ГОСТ Р 56830-2015 устанавливает общие технические требования к установкам скважинных электроприводных лопастных насосов для добычи нефти. Стандарт распространяется на погружные электродвигатели как компонент установки, регламентируя условия эксплуатации, показатели надежности, требования безопасности, правила приемки и хранения.
Документ определяет номенклатуру погружных электродвигателей по габаритным группам, диапазонам мощности, исполнениям по температурной стойкости и коррозионной стойкости. Установлены требования к системам гидрозащиты, кабельным линиям, станциям управления и устьевому оборудованию. Стандарт введен в действие с 1 июля 2016 года.
Согласно требованиям стандарта, погружные электродвигатели должны обеспечивать работоспособность при отклонении ствола скважины от вертикали не более 60 градусов. Для горизонтальных скважин разработаны специальные исполнения со специальными узлами осевых опор, обозначаемые буквой Г в маркировке. Допустимые отклонения напряжения составляют от минус 5 до плюс 10 процентов, частоты в пределах 0,2 герца.
Содержание свободного газа в откачиваемой жидкости не должно превышать 50 процентов по объему. Концентрация сероводорода ограничивается величиной 0,01 грамма на литр для обычного исполнения и 1,25 грамма на литр для коррозионостойкого исполнения. Содержание механических примесей не должно превышать 0,5 грамма на литр при твердости не более 5 единиц по шкале Мооса.
В конструкции погружных электродвигателей должны быть предусмотрены места для надежного закрепления монтажных хомутов-элеваторов, обеспечивающих безопасное проведение спускоподъемных операций на устье скважины. Герметичность корпуса двигателя должна исключать возможность проникновения пластовой жидкости внутрь при работе под гидростатическим давлением.
Погружная часть установки должна обеспечивать возможность крепления к колонне насосно-компрессорных труб. Минимальные зазоры между внутренней стенкой обсадной колонны и выступающими элементами электродвигателя регламентированы таблицей стандарта для обеспечения безопасного спуска оборудования в скважину.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.